[發明專利]相變存儲器的加熱電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201310300397.1
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN104300081B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 程國勝;王龍;孔濤;衛芬芬;黃榮;張杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司44304
• 代理人: 楊林,李友佳

技術領域

本發明涉及一種相變存儲器，尤其涉及一種相變存儲器的加熱電極及其制備方法。

背景技術

相變存儲器作為一種非揮發性存儲器，用于替代已經無法再繼續集成的閃存。相變存儲器中利用硫族材料的可逆相變而產生的電阻差異的變化來表征兩種狀態，從而實現數據的存儲。

相變存儲器的每個存儲單元一般包括存儲器和驅動電路。通過驅動電路提供的電流脈沖，存儲器內的相變材料從結晶態變為非晶態，反之亦然。存儲器內的相變材料可以包括鍺、銻、碲的合金,而驅動電路一般由二級管或金屬氧化物場效應(MOS)晶體管構成。

存儲器內的相變材料從低阻態(結晶態)向高阻態(非晶態)轉變時，需要大到足以融化相變材料的電流流經存儲器，而此電流作用時間很短，相變材料在快速冷卻的過程中，從熔化態變為非晶態，使得相變材料呈現高阻態,這種狀態轉變稱為“復位”(Reset)操作。為了使存儲器從高阻態轉變為低阻態，需要一個較低的電流流經存儲器內的相變材料，加熱使相變材料的溫度超過其相變溫度，相變材料逐漸結晶并呈現低阻態,這種狀態轉變稱為“置位”(Set)操作。而為了讀取存儲器的阻值高低，需要施加一個比置位電流還要小得多的電流，通過測量存儲器的電壓值來確定阻值。所以，相變存儲器主要是由電流通過相變材料產生的焦耳熱來使材料發生相變從而實現數據的存儲。由此帶來的問題就是在集成度逐漸提高的情況下，整個器件的功耗也會較大，且會出現熱串擾等不良現象。

因此,降低單個相變存儲單元的功耗成了業界的主要技術難題。而降低器件的功耗主要有改進相變材料、改進器件結構和改善驅動電路這三種方法，而其中改進器件結構方法的宗旨就是不斷減小相變材料與加熱電極的接觸面積，從而減小加熱范圍，降低器件功耗。

發明內容

針對上述提到的現有技術的不足，本發明提出了一種相變存儲器的加熱電極及其制備方法，該加熱電極的加熱單元與相變材料的接觸面積大大減小，從而大幅降低了整個器件的功耗，并且該加熱電極的制備方法簡單，無需使用昂貴的高精度光刻工藝，降低了制作成本。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種相變存儲器的加熱電極,所述電極包括：

第一層,連接到所述相變存儲器的相變材料；所述第一層包括由嵌段共聚物氧化形成的圖案化絕緣層；所述圖案化絕緣層具有空隙結構，其空隙率為10％～65％；

第二層，連接到所述第一層，并且透過所述圖案化絕緣層的空隙結構與所述相變材料連接；所述第二層的材料包括鎢、鈦以及鎢或鈦的氮化物。

優選地，所述嵌段共聚物為主要由前段聚合物-聚二甲基硅氧烷形成的兩段或多段嵌段共聚物。

優選地，所述前段聚合物包括聚苯乙烯、聚乙烯、烯丙基聚氧乙烯醚、聚乙烯基吡咯烷酮以及聚丁烯中的一種或多種。

優選地，所述空隙結構為線條狀或孔洞狀。

優選地，所述空隙結構呈陣列排布。

本發明的另一目的是提供如上所述的相變存儲器的加熱電極的制備方法，其中，所述相變存儲器包括相變材料以及包覆所述相變材料的絕緣層，所述絕緣層上設置有一孔槽連通至所述相變材料。該方法包括步驟：

(a)制備嵌段共聚物混合溶液：將前段聚合物-聚二甲基硅氧烷溶于甲苯和庚烷的混合溶劑中，獲得嵌段共聚物混合溶液；

(b)將嵌段共聚物混合溶液旋涂于所述孔槽上，使嵌段共聚物混合溶液注入所述孔槽涂覆于所述相變材料上；

(c)應用溶劑退火工藝使涂覆于所述相變材料上的嵌段共聚物混合溶液形成固體薄膜；

(d)應用反應離子蝕刻工藝對所述固體薄膜進行刻蝕，形成具有空隙結構的固體薄膜；

(e)應用氧等離子刻蝕工藝使所述具有空隙結構的固體薄膜氧化，形成圖案化絕緣層，獲得所述電極的第一層；

(f)在所述第一層上應用沉積工藝制備所述第二層，所述第二層的材料包括鎢、鈦以及鎢或鈦的氮化物。

優選地，所述前段聚合物包括聚苯乙烯、聚乙烯、烯丙基聚氧乙烯醚、聚乙烯基吡咯烷酮以及聚丁烯中的一種或多種。

優選地，所述溶劑退火工藝是在一密閉的容器中，并在常溫下進行,退火的時間為3～4小時；所述溶劑為所述嵌段共聚物混合溶液。

優選地，通過改變所述混合溶劑中的甲苯的體積分數來調節所述圖案化絕緣層的形貌類型。

優選地，所述甲苯的體積分數的范圍是50％～100％。